中国高端驱油技术
(2013-05-05 09:32:02)
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西峰油田通过整体超前注水, 降低了油田的综合递减率。长庆西峰油田白马区2002 年至2003 年产能建设井的综合递减率分别为8.5% 和5.0% , 而三叠系其他非超前注水区近4 年的产能建设综合递减率为14.2%。由于在长庆西峰油田超前注水区建立了有效的压力驱替系统, 初期单井产量提高1~2t/d, 而且产量相对稳定。
超前注水技术的重大意义是:(1)解决了“低渗透”储层“低压”问题(世界性难题);(2)解决了低渗透油田投产后采油、采液指数下降的难题(世界性难题);(3)使低渗透油田从投产之时就保持原始地层压力的平衡;(4)建立有效的压力驱替系统,提高单井产量;(5)避免因地层压力下降造成储层物性变差。
聚驱是大庆油田的创造,是大庆王牌采收率技术。所谓聚驱是指以聚合物溶液为驱油剂的一种驱油方法,是提高采收率(EOR)方法之一。也称为聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱。
聚合物驱油的主要机理:(1)提高波及系数;①增加水相粘度:聚合物分子相互缠绕形成结构+聚合物链节中亲水基团的溶剂化+离子型聚合物在水中的解离,就大大增加了水相的粘度,从而降低了水油流度比,提高了波及系数。②降低水相渗透率:聚合物分子可以在岩石孔隙结构中形成滞留,产生吸附和捕集作用,从而降低水相的有效渗透率,降低水油流度比,提高波及系数。(2)提高驱油效率。聚合物由于其固有的粘弹性,在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用,增加了携带力,提高了微观洗油效率。
聚合物驱技术由于其机理比较清楚、技术相对于水驱比较复杂,世界各国开展研究比较早,美国于五十年代末、六十年代初开展了室内研究,1964年进行了矿场试验。1970年以来,前苏联、加拿大、英国、法国、罗马尼亚和德国等国家都迅速开展了聚合物驱矿场试验。从20世纪60年代至今,全世界有200多个油田或区块进行了聚合物驱试验,而大庆油田创造了世界最大规模聚合物驱油提高采收率的奇迹。
自1972年在大庆油田开展了小井距聚合物驱矿场试验以来,胜利、大港、吉林和新疆等油田开展了矿场先导试验及扩大工业试验。经过“七五”、 “八五”和“九五”期间的共同努力,聚合物驱技术在我国取得了长足发展,其驱油效果和驱替动态可以较准确的应用数值模拟进行预测,聚合物已经形成系列产品,矿场试验已经取得明显效果,并形成配套技术。目前我国已经成为世界上使用聚合物驱技术规模最大、大面积增产效果最好的国家,聚合物驱技术成为我国石油持续高产稳产的重要技术措施。
大庆油田聚合物驱自1996 年投入工业化应用以来, 已经取得了显著的技术经济效果。2002年, 大庆油田聚合物驱年产油量已经突破千万吨, 大庆油田三次采油技术以其规模大、技术含量高、经济效益好, 创造了世界油田开发史上的奇迹。聚合物驱技术已成为保持大庆油田持续高产及高含水后期提高油田开发水平的重要技术支撑。
胜利油田从1992年开始在孤岛油田开展了注聚先导试验,1994年在孤岛和孤东油田开展了注聚扩大试验,1997年进行了工业推广应用,均得到了明显的降水增油效果。到2001年底共实施聚合物项目15个,覆盖地质储量19700万吨,注入井749口,受益井1312口,已经累计增油474.36万吨,达到了年增油131万吨的水平。
大港油田从1986年开始对其主要油田,港西油田的一部分地层进行聚合物驱的先导试验,试验历时约两年半,增产效果比较明显。试验前产量为每天7吨,到1989年中期,每天为80吨,增产效果达到十倍以上。平均含水也有大幅度下降。试验表明,经济效益较为显著,平均1吨聚合物增产原油300吨。长远目标是把聚合物驱技术运用到整个油田。
国内的其他油田也都进行了聚合物驱试验,以期望能成为特高含水油田降水增油、增加可采储量的有效途径之一。
蒸汽驱使中国石油重大开发试验之一。蒸汽驱主要是针对稠油开采。所谓蒸汽驱,就是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽,蒸汽不断地加热油层,从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体,将原油驱赶到生产井的周围,并被采到地面上来。蒸汽驱采油是一种提高采收率(EOR)方法,是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后,进一步提高原油采收率的主要热采阶段,依靠蒸汽吞吐开采,只能采出各个油井井点附近油层中的原油,采收率一般为18%~26%,井间留有大量的剩余油富集区,采用蒸汽驱开采可以扩大波及体积,从而提高驱油效率,达到提高最终采收率目的。
操作条件。操作条件对蒸汽驱效果影响非常大,只有在合理的操作条件下才能取得油藏条件应有的采收率,一旦操作条件不合理,采收率将成倍的降低。因此必须同时满足下面5个蒸汽驱操作条件:(1)注气速率:≥1.6t/(d.ha.m);(2)注采比:≥1.2;(3)井底蒸汽干度:>40%;(4)油藏压力:<5MPa;(5)油汽比0.15-0.25。
SAGD的主要机理:是在注汽井中注入蒸汽,蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔,蒸汽腔向上及侧面扩展,与油层中的原油发生热交换,加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出。
技术背景受“注水采盐”原理的启发,70年代末加拿大石油工程专家R.M.Butler提出了蒸汽辅助重力泄油即SAGD这一稠油开采工艺。蒸汽辅助重力泄油与水平井技术相结合被认为是近年来所建立的最著名的油藏工程理论。
三元复合驱使中国石油开发重大试验之一,是大庆油田最有代表性的前瞻性提高采收率解题技术。三元复合驱,即三元复合驱油技术,是指将碱、表面活性剂和聚合物按照一定比例混合后注入地层,达到提高采收率目的的一种化学驱技术,是在碱水驱和聚合物驱基础上发展起来的三次采油新技术或后三次采油技术。
优缺点:(1)优点:①三元复合驱试剂中碱比较廉价,它与天然有机酸形成表面活性剂,并且外加了少量的合成表面活性剂以增强其界面活性,其成本比较低;②该驱油体系最主要就是利用了碱与原油中某些组分的反应来产生表面活性剂,同时又解决了保持低界面张力与使用高碱浓度间的矛盾,为复合驱矿场应用提供了技术基础;③三元复合驱油剂具有很强的驱油能力,能够驱出水驱难以驱出的重质残余原油,大幅度提高了油井的生产能力;④三元复合驱能够改善油层的吸水界面,并在驱油过程中形成高饱和度的原油富集带,大大提高了油井的生产能力;⑤降低表面活性剂的吸附量。(2)缺点:①容易与地层水中某些离子和粘土矿物发生反应,结垢降低渗透率,也可以造成设备腐蚀及其结构;②容易造成粘度损失和乳化作用;③对于采出液处理方面存在缺陷,容易造成管道腐蚀,尤其是强碱。
二氧化碳驱油的主要机理有:(1)降低了原油粘度,减少了油流阻力。当二氧化碳溶于原油时,原油粘度显著下降,下降幅度取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小;原油粘度越高,在二氧化碳作用下,粘度降低的百分数越高。(2)原油体积膨胀提高了驱油效率。二氧化碳溶于原油后,根据温度、压力和原油组分的不同,可使原油体积增加10%-100%。膨胀系数取决于溶解二氧化碳摩尔组分和原油的相对分子量。体积膨胀为驱油提供了动能,提高了驱油效率。(3)“混相效应”提高了驱油波及面积。随着温度、压力的升高,先后发生部分混相、完全混相,形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带的移动是驱油的过程,可使波及范围内的采收率达到90%以上。(4)降低了油水界面张力,有利采收率提高。通过萃取和汽化原油中的轻烃,大量的轻烃与二氧化碳混合,可大幅度降低油水界面张力,减少残余油饱和度,从而提高原油采收率。(5)有利于提高储层渗透率。二氧化碳溶于水后显示弱酸性,可与油藏中的碳酸盐类矿物反应,使注入井周围油层的渗透率提高。碳酸化后的原油和水,有利于抑制粘土膨胀,降低因粘土膨胀、微粒运移造成的渗透率损失。
美国是世界上应用CO2驱油发展最快、应用最广泛的国家。自80年代以来快速发展。美国有10个产油区、292个油田试验、采用CO2驱油,一般可以提高采收率7-15%。美国已有70个 CO2驱提高采收率项目。每年注入CO2总量达2000-3000万吨。到2010年2月,注入CO2已采出了近15亿桶原油。美国正在实施的CO2驱项目达86个,每天产油约3.6万吨。萨克项目是世界上第一个大规模商用二氧化碳驱油开采项目。
2008年11月,大庆在榆树林油田三类井区,建设了全国首家CO2注气站,进行较大规模的CO2驱提高采收率试验。两年多来,日产油量自然递减为0,同区块非CO2注入的井,自然递减已达60%,推算CO2驱可提高采收率20.1%,榆树林三类井区推广后,增加可采储量113.45万吨。
大庆油田开发应用了“CO2泡沫压裂、吞吐和气举”等驱油技术,CO2驱油技术已纳入大庆油田战略储备技术。吉林油田,在黑59区块开展CO2驱油先导试验。2011年2月,试验区累计注12.4万吨CO2,90%油井见效,日产量50t/d。2007年,中石化在胜利油田高89-1区块进行CO2驱油先导性试验,CO2注入使对应的5口井日增油2.1吨,其中高89-9井日产量,从注入前的4.5吨,提高到目前的9吨,增长了1倍。另外,我国也在其他油田如江苏、新疆、华北等选择区块进行了CO2提高采收率的试验,但是规模较小,持续时间也较短,效果不明显。
据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”报告,在评价了101.36亿吨常规稀油储量中,一期适合CO2驱油的储量约为12.3亿吨,可增加可采储量约1.6亿吨。另外,我国已探明的63.2亿吨低渗透石油储量,尤其是其中有50%左右尚未动用的储量,CO2比水驱具有更加明显的技术优势。
CO2驱油技术的发展方向主要有:(1)应用和研究对象由常规稀油向复杂油气藏发展。与国外多数油藏相比,我国油藏条件复杂:原油粘度高、含蜡量高、凝固点高、非均质性强、低-特低渗透油藏和高温高盐油藏所占比例高、长期注水冲刷部位形成了不同程度的串流通道等,上述油藏都将成为我国CO2提高采收率的研究和应用对象。(2)由传统的主导技术向多样化技术发展:包括提高CO2吸附和滞留量的强化采油技术、针对我国油藏混相压力高特点的CO2近混相技术、CO2深部调驱技术、低渗油藏CO2提高采收率技术、稠油油藏CO2提高采收率技术、高温高盐油藏CO2提高采收率技术、 CO2提高天然气采收率技术、CO2提高煤层气采收率技术等。(3)CO2提高采收率机理的深化和定量化。由岩心尺度向孔隙尺度和分子尺度发展;由对流动和驱替现象的观测向微观物理化学本质及定量规律研究发展;由微观和宏观相对对立研究向微观与宏观的耦合发展。4)单一CO2驱油技术向综合与复合技术发展。不仅考虑CO2提高采收率问题,还要考虑CO2埋存的地质问题,包括CO2注入速率和注入体积、驱油过程中CO2在油藏中的滞留率、驱油和埋存过程中CO2的监测等。将来的二氧化碳驱油技术将是“最新一代CO2存储和提高采收率技术”。“最新一代CO2存储和提高采收技术”,将“提高采收率与CO2埋存”相结合,通过采用创新的驱替设计、精细流度控制CO2注入体积和实时控制、诊断驱替动态等技术,比较目前CO2驱油技术,可提高采收率1倍以上。
火驱是最早的驱油技术。辽河油田火驱使中国火驱技术规模应用走在世界前列。新疆油田是火驱试验的最早油田。所谓火驱是指火烧油层、层内燃烧,是一种在油层内产生热量的热力采油方法,即从一口井连续注入含氧介质,与地层内的原油发生氧化反应,产生热量和气体,驱动地层内的原油向生产井流动并采出。
火驱的主要机理有:(1)高温氧化;(2)低温氧化;(3)裂解热蒸馏;(4)气体驱动;(5)加热降粘。
火驱的基本类型,根据注入空气氧化温度和驱动方式,分为四种类型:①注空气高温氧化混相驱油;②注空气高温氧化非混相驱油;③注空气低温氧化混相驱油;④注空气低温氧化非混相驱油。
技术优势:(1)适应性较广:可用于稀油和稠油,尤其适用于吞吐后深层稠油和低渗透油藏大幅度提高采收率。(2)多作用复合:有高温蒸馏、裂解效果,有蒸汽、热水驱作用,有N2、CO2混相驱油效应,可补充地层能量。(3)空气来源广:取之方便、成本低廉。
应用效果:自1923年霍华德提出火驱方法,至今已90年。期间美国、前苏联、罗马尼亚等40多个国家开展了300余项现场试验。统计2011年国外26个正在进行的火驱采油项目,年产油246万吨。我国1959年在新疆黑油山矿区首次开展试验,至今已在14个区块开展了122个井组试验。目前正在实施8个区块106个井组,年产油21.5万吨,预期的采收率可以达到50-60%。其中,辽河油田6个区块93个井组,年产油19.7万吨。辽河油田2012年的火驱的产量占到了世界总产量的四分之一。